SE429875B

SE429875B - ROLLING WITH MAGNETICALLY COMPENSATED AND / OR REGULATED Bending

Info

Publication number: SE429875B
Application number: SE7908639A
Authority: SE
Inventors: J Riihinen
Original assignee: Valmet Oy
Priority date: 1978-10-19
Filing date: 1979-10-18
Publication date: 1983-10-03
Also published as: NO147610C; US4301582A; AT371166B; SU1195912A3; FR2439266A1; FI58662C; CA1116451A; NO147610B; NO793355L; GB2033540A; BR7906763A; IT1124628B; JPS6212357B2; IT7926632A0; FI58662B; DE2941856C2; GB2033540B; JPS5557096A; FR2439266B1; ATA674179A

Description

vsaesss-s .. 2 sådana valsar kan nämnas den s.k. KüsLers~va1sen (US-patent nr; 2 909_964), i vilken mellan en fast valsaxel och en roterande valsmantel inom en viss sektor har anordnats en tryckvätskekammare, varvid valsmantelns böjning kan kompenseras genom reglering av trycket i kammaren. En olägenhet i samband med dessa Küsters- valsar är tätningssvårigheterna och det på dessa beroende tryckvätskeläckaget. En annan olägenhet i samband med Küstervalsarna är dessutom deras långsamhet med avse- ende på tryckändringar (tryckökningshastighet c. 30s och trycksänkningshastighet c. 10s). Detta medför att exempelvis i engmppersmaskin en betydande mängd utskottspap- per hinner bildas i samband med en tryckändring. vsaesss-s .. 2 such rollers may be mentioned the so-called The KüsLers roll (U.S. Pat. No. 2,909-964), in which a pressure fluid chamber has been arranged between a fixed roll shaft and a rotating roll shell in a certain sector, whereby the bending of the roll shell can be compensated by regulating the pressure in the chamber. A disadvantage in connection with these Küster rollers is the sealing difficulties and the pressure fluid leakage that depends on them. Another disadvantage in connection with the Küster rollers is also their slowness with respect to pressure changes (pressure increase speed c. 30s and pressure drop speed c. 10s). This means that, for example, in an engraving machine, a significant amount of waste paper has time to form in connection with a pressure change.

Förut kända är dessutom böjningskompenserade s.k. CC-valsar (Beloit Co.), i vilka används mot valsmantelns inneryta anliggande presskor, som belastas med hjälp av tryckvätska. En brist hos denna vals, liksom hos den ovannämnda Küsters-valsen, är tätningssvårigheterna som tryckvätskan ger upphov till. En annan brist är att det är relativt svårt att åstadkomma osymmetriska justeringar i valsens axelriktning.In addition, bending-compensated so-called CC rollers (Beloit Co.), in which pressure shoes abutting the inner surface of the roll shell are used, which are loaded with the aid of pressure fluid. A shortcoming of this roller, as of the above-mentioned Küsters roller, are the sealing difficulties which the pressure fluid gives rise to. Another shortcoming is that it is relatively difficult to make asymmetrical adjustments in the axis direction of the roller.

I de ovan behandlade valsarna åstadkoms kompenseringskrafterna med hjälp av tryck- I vätskekamrar, eller anligggande skor, som erfordrar stor släthet på valsmantelns ínneryta, vilket ökar valsarnas tillverkningskostnader.In the above-treated rollers, the compensating forces are provided by means of pressure chambers, or adjacent shoes, which require great smoothness on the inner surface of the roll shell, which increases the rollers' manufacturing costs.

Pressvalsar som grundar sig på elmagnetiska krafter är förut kända och ett ändamål med uppfinningen är också att vidareutveckla just sådana valsar. I detta sammanhang hänvisas till US-patentet nr. 3 456 582. Den i detta patent beskrivna valsen skiljer sig från valsen enligt uppfinningen förutom vad detaljutförandet ankommer även prin- cipiellt eftersom valsen enligt US-patentet inte är belastad i ändarna.Press rollers based on electromagnetic forces are previously known and an object of the invention is also to further develop just such rollers. In this connection, reference is made to U.S. Pat. 3,456,582. The roller described in this patent differs from the roller according to the invention in addition to the detail design also in principle because the roller according to the US patent is not loaded at the ends.

Beträffande den till uppfinningen sig anslutande teknikens ståndpunkt hänvisas dess- .utom till DE-ansökningsskriften nr. 1 761 641, i vilken beskrivs en med permanent- magneter förverkligad böjningskompenserad vals. Valsen uppvisar permanentmagneter i samband med både en fast axel och en roterande valsmantel. Regleringen av kompen- seringskrafterna sker genom inbördes axiell förskjutning av valsens axel och valsens mantel, varvid det inbördes läget av mantelns och axelns permanentmagneter ändras och på detta sätt kan kompenseringskrafterna regleras.Regarding the state of the art adhering to the invention, reference is also made to DE application document no. 1 761 641, which describes a bending compensated roll realized with permanent magnets. The roller has permanent magnets in connection with both a fixed shaft and a rotating roller shell. The compensating forces are regulated by mutual axial displacement of the shaft of the roller and the casing of the roller, whereby the mutual position of the permanent magnets of the casing and the shaft is changed and in this way the compensating forces can be regulated.

Dessutom hänvisas till sökandens FI-patent nr. 52 394 (motsvarar US-patentet nr. 4 062 097). Den magnetiska valsen enligt detta patent kännetecknas därav, att böj- I ningskompenseringen utförs magnetiskt på sådant sätt, att i samband med två väsent- ligen koaxiella cylindriska delar i valsmanteln har anordnats organ som alstrar en! magnetomotorisk kraft mellan dessa delar, att i samband med valsaxeln har anordnats andra organ som åstadkommer en magnetomotorisk kraft mellan motsatta sektorer av valsaxeln och att mellan valsaxeln och manteln på ena sidan uppkommer en dragande kraft och på andra sidan en avlägsnande kraft genom samverkan av de magnetfält som a S _19øsss9-s alstras av nämnda magnetomoteriska krafter.In addition, reference is made to the applicant's FI patent no. 52,394 (corresponds to U.S. Patent No. 4,062,097). The magnetic roll according to this patent is characterized in that the bending compensation is performed magnetically in such a way that in connection with two substantially coaxial cylindrical parts in the roll shell means have been arranged which produce one! magnetomotor force between these parts, that in connection with the roller shaft other means have been arranged which produce a magnetomotor force between opposite sectors of the roller shaft and that between the roller shaft and the jacket on the one hand a pulling force arises and on the other hand a removing force by the magnetic fields which a S _19øsss9-s is generated by said magnetomotor forces.

Närmast föreliggande uppfinning ligger FI-patentansökningen nr. 2283/67 (motsvarar US-patentet nr. 3 489 079). Den i denna ansökning beskrivna valsen uppvisar en i V~ form anordnad magnetskoanordning, som åstadkommer en dragkraft vid två luftspalter mellan två poler i magnetskoanordningen och inre ytan av valsmanteln. I denna anord- ning är vinkeln mellan magnetskorna relativt liten, varför den effektiva luftspal- ten blir relativt liten och en stor del av valsmantelns inre yta blir i magnetiskt hänseende oeffektivt utnyttjad med avseende på kompenseringskrafterna.Closest to the present invention is FI patent application no. 2283/67 (corresponds to U.S. Patent No. 3,489,079). The roller described in this application has a magnetic shoe device arranged in a V-shape, which provides a tensile force at two air gaps between two poles in the magnetic shoe device and the inner surface of the roller shell. In this device, the angle between the magnetic shoes is relatively small, so that the effective air gap becomes relatively small and a large part of the inner surface of the roll shell is magnetically inefficiently utilized with respect to the compensating forces.

Ett allmänt ändamål med föreliggande uppfinning är att vidareutveckla de ovan nämnda valsarna och eliminera de ovan angivna bristerna.A general object of the present invention is to further develop the above-mentioned rollers and eliminate the above-mentioned shortcomings.

Ett speciellt ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en vad regleringsegen- skaperna ankommer snabbare vals än förut i jämförelse med Küsters- och CC-valsarna.A special object of the invention is to achieve a faster rolling roller in terms of regulating properties than before in comparison with the Küsters and CC rollers.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en i jämförelse med de ovan nämnda förut kända mekaniskt eller hydrauliskt kompenserade valsarna vad kostnaderna ankommer fördelaktigare vals, framför allt genom att inga speciella släthetsford- ringar ställs på valsmantelns inre yta eftersom ingen direkt beröring och inget behov av tätning förekommer. Ett ändamål är även att åstadkomma en vad behovet av driftenergí ankommer fördelaktigare vals än tidigare, eftersom de virvelströmsför- luster som magnetfältet ger upphov till antagligen är mindre än friktionsförlusterna som de långa tätningarna ger upphov till.Another object of the invention is to provide a more advantageously mechanically or hydraulically compensated rollers in comparison with the above-mentioned previously mentioned rollers in terms of cost, in particular by placing no special smoothness requirements on the inner surface of the roll shell as no direct contact and no need for seal occurs. It is also an object to achieve a more advantageous roll in terms of the need for operating energy than before, since the eddy current losses caused by the magnetic field are probably less than the friction losses caused by the long seals.

Ett ändamål med uppfinningen är även att åstadkomma en valskonstruktion som i jäm- förelse med förut kända magnetiskt kompenserade valsar möjliggör en noggrannare reglering av fördelningen av nyptrycket än förut och som möjliggör användning av större kompenseringskrafter än förut. Detta mål har blivit aktuellt framför allt därför att nyptrycken i pressar i pappersmaskiner och i kalandrar under de senaste tiderna har stigit och längden av de ifrågavarande valsarna har ökat.An object of the invention is also to provide a roller construction which, in comparison with previously known magnetically compensated rollers, enables a more accurate control of the distribution of the nip pressure than before and which enables the use of greater compensating forces than before. This goal has become relevant mainly because the nip pressures in presses in paper machines and in calendars have risen in recent times and the length of the rollers in question has increased.

För att uppnå de ovan angivna målen, och mål som framgår senare, är uppfinningen i huvudsak kännetecknad därav, att magnetkärnans tvärsnitt uppvisar tre polskor och att en magnetomotorisk kraft alstrande magnetiseringsspolar är anordnade i samband med den nämnda magnetkärnan på sådant sätt, att det magnetflöde som alstrar det egentliga kompenseringskraftfältet går genom en mitterst belägen polsko på mag- netiseringskärnan och återvänder tillbaka till magnetiseringskärnan via valsens v mantel och två väsentligen mitt emot varandra belägna polskor på magnetiserings- kärnan.In order to achieve the above objects, and objects which will become apparent later, the invention is mainly characterized in that the cross section of the magnetic core has three pole shoes and that a magnetomotor force generating magnetizing coils are arranged in connection with said magnetic core in such a way that the magnetic flux generates the actual compensating force field passes through a centrally located pole shoe on the magnetizing core and returns back to the magnetizing core via the roller jacket and two substantially opposite pole shoes on the magnetizing core.

Uppfinningen beskrivs härefter i detalj under hänvisning till en i figurerna på de bifogndv ritningnrna visad utföringsform, men uppfinningen är dock inte begräusfl öffnfsforw. ' till d~t'ljvrn3 i d~nv1 nt? veosess-3 Fig. 1 visar en schematisk sidovy av en vals enligt uppfinningen.The invention is hereinafter described in detail with reference to an embodiment shown in the figures of the accompanying drawings, but the invention is not to be construed as limiting. 'till d ~ t'ljvrn3 i d ~ nv1 nt? veosess-3 Fig. 1 shows a schematic side view of a roller according to the invention.

Fig. 2A, 2B och ZC-visar en skärning längs linjen II-II i Fig. 1, varvid Fig. 2A - visar formen av magnetflödet, Fig. 28 visar placeringen av magnetiseringsspolarna och Pig. 2C visar storleken och fördelningen av dragkrafterna mellan magnetskoanord- ningen och valsmanteln.Figs. 2A, 2B and 2C show a section along the line II-II in Fig. 1, Fig. 2A - showing the shape of the magnetic flux, Fig. 28 shows the location of the excitation coils and Figs. 2C shows the magnitude and distribution of the tensile forces between the magnetic shoe device and the roll shell.

Fig. 3 visar ett tvärsnitt av en vals enligt uppfinningen.Fig. 3 shows a cross section of a roller according to the invention.

Fig. 4 visar en skärning längs linjen IV-IV i Fig. 3.Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 3.

Den i figurerna visade elmagnetiskt kompenserade valsen 10 omfattar en cylindrisk manteldel 11, vars åtminstone inre del är av ett magnetiskt ledande nﬁukt material, medan den yttre delen vid behov kan vara försedd med en magnetiskt icke-ledande, I av vart och ett användningsändamål bestämd beläggning. Valsen omfattar en fast axel, som belastas vid ändärna 13. I Fig. 1 är de ifrågavarande belastande krafterna ut- märkta med Fo, som tillsammans med valsens 10 egen tyngd åstadkommer ett erforderligt nyptryck i ett nyp N, som valsen bildar tillsammans med en motvals 20. Den roterande valsmanteln 11 är lagrad på axeln medelst lager 12. Axelns 13, 14 mittlinje är ut- märkt med C-C.The electromagnetically compensated roller 10 shown in the figures comprises a cylindrical jacket part 11, at least the inner part of which is of a magnetically conductive bare material, while the outer part may, if necessary, be provided with a magnetically non-conductive coating determined for each purpose of use. . The roller comprises a fixed shaft, which is loaded at the ends 13. In Fig. 1, the loading forces in question are marked with Fo, which together with the own weight of the roller 10 provides a required nip pressure in a nip N, which the roller forms together with a counter-roller. 20. The rotating roller shell 11 is mounted on the shaft by means of bearings 12. The center line of the shaft 13, 14 is marked with CC.

Valsens fasta axel är tillverkad av magnetiskt ledande material och är utformad till en magnetkärna_14, vars tvärsnitt är väsentligen T-formigt. Kärnan uppvisar med magnetiseringsspolar 17a resp. 17b försedda polskor 15a resp. 1Sb och en för dessa skor gemensam större polska 16, som även kan vara försedd med en magnetiseringsspole fastän en sådan icke visas i figurerna. Den ovan beskrivna magnetkärnan 14 är pla- cerad innanför den roterande valsmanteln 11 på sådant sätt, att mellan de mitt emot varandra belägna polskorna 1Sa och 15b och valsmantelns inneryta uppkommer luft- spalter A1 och A2 . Vid polskon 16 uppkomer på motsvarande sätt en luftspalt ÅL3.The fixed axis of the roller is made of magnetically conductive material and is formed into a magnetic core 14, the cross section of which is substantially T-shaped. The core has with excitation coils 17a resp. 17b fitted pole shoes 15a resp. 1Sb and a larger polish 16 common to these shoes, which may also be provided with a magnetizing coil, although one is not shown in the figures. The magnetic core 14 described above is placed inside the rotating roll shell 11 in such a way that air gaps A1 and A2 arise between the opposite pole shoes 1Sa and 15b and the inner surface of the roll shell. At the pole shoe 16, an air gap ÅL3 arises in a corresponding manner.

Enligt Fig. ZA går luftspalternas A1 och lå 2 symetricentralplan T1-T2 genom valsens rotationsaxel C-C. Luftspaltens ZLS symmetricentralplan T3 bildar vinklar f31 och /32 med planet T1-T2. Enligt Fig. 2A är vinklarna P1 och, P2 räta vink- lar, men storleken av dessa vinklar kan avvika något från detta värde.According to Fig. ZA, the air gaps A1 and 2 symmetry central planes T1-T2 pass through the axis of rotation C-C of the roller. The ZLS symmetry central plane T3 of the air gap forms angles f31 and / 32 with the plane T1-T2. According to Fig. 2A, the angles P1 and, P2 are right angles, but the magnitude of these angles may deviate slightly from this value.

Fig. 2A visar hur magnetflödet går i magnetkärnan 14, i luftspalterna 151 ,A2 och AG och i valsmanteln. Den i Fig. 2A visade fördelningen av magnetflödet åstadkommer i Eig. ZC schematiskt visade krafter FI, P2 och F3 . Kraften F3 är den aktiva kraff som verkande vid luftspalten ÅL3 åstadkommer kompensering av den av valsens 10 egen- vikt och belastningen Fo förorsakade böjníngen och reglering av fördelningen av linjetrycket på önskat sätt i nypet N mellan valsarna 10 och 20.Fig. 2A shows how the magnetic flux goes in the magnetic core 14, in the air gaps 151, A2 and AG and in the roll shell. The distribution of the magnetic flux shown in Fig. 2A is effected in Eig. ZC schematically shows forces FI, P2 and F3. The force F3 is the active force acting at the air gap ÅL3 to compensate for the bending of the roller 10 and the load Fo caused by the bending and to regulate the distribution of the line pressure in the desired manner in the nip N between the rollers 10 and 20.

Under m1¿netkïrn¿n 14 förekommer en isolnrionsspnlt V,_som styr mnguetflödnt huvud- I "vaeáàss-s 5 saklígen till luftspalterﬂa 151» 152 och ¿í3. I Fig. ZC har utmärkts en sektorck, vars storlek är c. 2700, och denna sektor har enligt uppfinningen kunnat utnyttjas effektivt för åstadkommande av kompenserande magnetiska krafter.Below the moon core 14 there is an insulating column V, which controls the mnguetflödnt main- I "vaeáàss-s 5 matter to air gaps Z a 151» 152 and ¿í3. In Fig. ZC a sector has been marked, the size of which is c. this sector according to the invention has been able to be used efficiently for producing compensating magnetic forces.

Enligt Pig. 4 sträcker sig den polsko 16 som åstadkommer den huvudsakliga kompen- serande kraften F3 över valsmantelns II hela längd. Däremot är flera polskor 1Sa och 15b anordnade bredvid varandra och försedda med separata magnetiseringsspolar 17. Fig. 4 visar polskor 15bI,15b2 och l5bN samt magnetiseringsspolar 17b1, |7b2 och 17bN i samband med dessa skor. N stycken polskor 15 är alltså anordnade bredvid varandra.According to Pig. 4, the pole shoe 16 which provides the main compensating force F3 extends over the entire length of the roll shell II. In contrast, several pole shoes 1Sa and 15b are arranged next to each other and are provided with separate excitation coils 17. Fig. 4 shows pole shoes 15bI, 15b2 and 15bN as well as excitation coils 17b1, | 7b2 and 17bN in connection with these shoes. N pieces of pole shoes 15 are thus arranged next to each other.

Böjningskompenseringen och -regleringen och härigenom fördelningen av linjetrycket i nypet N kan behärskas elektriskt genom att reglera styrkan av och de inbördes för- hållandena mellan magnetiseringsströmmarna som leds till de olika polskornas spolar 17al, b1 - 17aN, b tecken Il, I N. Detta förfarande åskådliggörs i Fig. 4 med ett block 19 och 2, ... IN_1, IN. I vissa fall räcker ett sådant förfarande där de olika spolarna 17 seriekopplas och strömstyrkan i den erhållna spolgruppen regleras. Vid magnetiseringen kan användas antingen likström eller växelström. Vid användning av likström används i och för sig kända styrda likriktare. Eftersom magnetiseringsström~ men leds enbart till fasta magnetiseringsskor erfordras inga släpringar eller liknande anordningar.The bending compensation and regulation and thereby the distribution of the line pressure in the nip N can be electrically controlled by regulating the strength of and the mutual relations between the excitation currents conducted to the coils 17a1, b1 - 17aN, b characters II, I N. of this method. is illustrated in Fig. 4 with a block 19 and 2, ... IN_1, IN. In some cases such a method is sufficient where the various coils 17 are connected in series and the current in the obtained coil group is regulated. When directing, either direct current or alternating current can be used. When using direct current, controlled rectifiers are known per se. Since the excitation current is conducted only to fixed excitation shoes, no slip rings or similar devices are required.

Fastän ovan har talats om en fast magnetkärna 14 så är det klart att den vid behov kan anordnas vridbar kring valsens rotationsaxel C~C, varvid läget för kompenserings- krafternas verkhingsområde kan ändras på önskat sätt. Man kan även tänka sig ett sådant regleringsförfarande där storleken av luftspalterna, i synnerhet luftspalten Ål 3, är reglerbar inom vissa gränser. Eftersom magnetiseringsskorna 15, 16 inte står i direkt kontakt med valsmantelns 11 inre yta ställs inga speciella fordingar på ytans släthet.Although a fixed magnetic core 14 has been mentioned above, it is clear that if necessary it can be arranged rotatable about the axis of rotation C ~ C of the roller, whereby the position of the operating range of the compensating forces can be changed in the desired manner. One can also imagine such a regulation procedure where the size of the air gaps, in particular the air gap Ål 3, is adjustable within certain limits. Since the magnetizing shoes 15, 16 are not in direct contact with the inner surface of the roll shell 11, no special conditions are placed on the smoothness of the surface.

Uppfinningens olika detaljer kan variera inom ramen för den i vidstående patentkrav definierade uppfinningstanken.The various details of the invention may vary within the scope of the inventive concept defined in the appended claims.

Claims

7919-816 59 - 3 6

Magnetically bending compensated and / or -regulated, end-loaded roller (10), in particular a press roll for a paper machine or a calender roller, which roller consists of a non-rotating roller shaft (13, 14), by means of the ends ( 13) the roller load (Fo) is carried out, and a cylindrical jacket mounted on the roller shaft (13, 14), and in which roller (10) the roller shaft (13, 14) is formed into a magnetic core (14), which has means ( 17) which generates a magnetomotor force and which are arranged in such a way that a compensating force field (F3) is formed between the roll shell (11) and the magnetic core (14) by the action of a magnetic flux which passes over an air gap (ÅQ between pole shoes (15, 16) on the magnetic core (14) and the roll shell (11), characterized in that the cross section of the magnetic core (14) has three pole shoes (15a, 15b, 16) and that a magnetomotor force generating excitation coils (17) are arranged in connection with said magnetic core (14) in such a way that the magnet flow generating the actual compensating force field (F3) passes through a centrally located pole shoe (16) on the magnetizing core (14) and returns to the magnetizing core (14) via the jacket (11) of the roller (10) and two substantially opposite pole shoes (15a) , 15b) on the excitation core (14).

Magnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 1, characterized in that the magnetic core (14) has a T-shaped cross section.

3. Magnetically bending-compensated and / or -regulated roll, characterized in that the three pole shoes (15a, 15b, 16) of the magnetic core (14) form active air gaps (LÄ 1, [§2, ¿§3) together with the roll shell ( 11) not surface within a sector (GO) whose size is above 1ao °, preferably c. Z7o °. \

Magnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 1, 2 or 3, characterized in that an insulating gap (V) exists between the magnetic core (14) and the inner surface of the roller shell (11) to control the passage of the magnetic flux. ) within the sector (360 «ä) that falls outside the sector CK) for the air gaps formed by the three pole shoes (15a, 15b, 16) (¿Ä1, Å§2, ÅÄ3).

A magnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that the central pole shoe (16) generating the actual compensating force field (F3) is uniform over the entire axial length of the compensation area.

Nagnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the opposite pole shoes (15a, 15b) consist of several separate pole shoes located next to each other. (15a], bï, 15a2, bz, ... 15aN, bN), each of which has separate magnetizing coils (17a1, bï, 17a2, bz, ... 17aN, BN). '

Magnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 6, characterized in that a magnetizing current (I1, 12, ... IN) is conducted separately to said separate magnetizing coils (17) in such a way that the line the pressure load in a nip (N) between the roller (10) and a counter-roller (20) thereof is regulated and / or compensated for the desired distribution by regulating the strengths and / or mutual relations of the said excitation currents (I1, Iz, ... IN) .

Magnetically bending compensated and / or regulated roller according to claim 1,2, 3,4,5,6 or 7, characterized in that a central plane (T1-T2) through the two opposite pole shoes (15a, 15b) passes substantially through the axis of rotation (CC) of the roller (10) and that a central plane (T3) through the middle pole shoe (16) is substantially perpendicular to the above-mentioned plane (T1-T2) and also passes through the axis of rotation (CC) of the roller (10) (Fig. 2A).